Un team di scienziati del Caltech ha scoperto un codice molecolare che le cellule usano per comunicare tra loro. Si pensa che questo "linguaggio" sia comune a molti tipi di comunicazione cellulare e abbia implicazioni per la progettazione di terapie future, secondo gli scienziati nel laboratorio di Michael Elowitz, professore di biologia e bioingegneria al Caltech e ricercatore presso l'Howard Hughes Medical Institute.

Il lavoro è descritto in un articolo nel numero del 7 settembre di Cellula .

Proprio come gli umani usano lettere e parole per creare messaggi, le cellule rilasciano molecole chiamate ligandi nell'ambiente per inviare messaggi ai loro vicini, come un'istruzione per differenziarsi o proliferare. I ligandi si legano ai recettori sulla superficie di altre cellule, che interpretano il messaggio e innescano una serie di reazioni chimiche per trasmetterlo alle molecole corrette all'interno della cellula.

Gli autori hanno studiato un importante canale di comunicazione, chiamato percorso della proteina morfogenetica ossea (BMP), che opera in quasi tutti i tessuti ed è un bersaglio per le terapie contro il cancro. Questo sistema utilizza molti ligandi e recettori diversi in varie combinazioni. Stranamente, i ligandi e i recettori in questo percorso si mescolano e si abbinano tra loro in molti modi diversi, apparentemente senza motivo.

"Si potrebbe pensare che ogni tipo di ligando si accoppierebbe con un solo tipo di recettore, ma non è questo il caso, " dice Elowitz. "Invece, tutti i ligandi interagiscono promiscuamente con tutti i recettori. Sembra un gran casino, e molto diverso dal modo in cui le persone progettano i sistemi di comunicazione per mantenere separato ogni canale di comunicazione. Quindi ci siamo chiesti perché le cellule comunicano in questo modo".

Per capire quale beneficio fornisce la promiscuità molecolare, il team ha creato diverse miscele di ligandi BMP in laboratorio e le ha aggiunte a determinate cellule:cellule del seno, cellule staminali embrionali, e cellule del tessuto connettivo chiamate fibroblasti, tutto da topi. Hanno trovato, sorprendentemente, che la cellula decodifica le informazioni dalle combinazioni di ligandi, non i singoli ligandi stessi.

"Un giorno, Sono venuto al laboratorio e ho mescolato insieme due ligandi che, ognuno per conto suo, attivare le cellule molto fortemente, "dice Yaron Antebi, uno studioso postdottorato Caltech in biologia e ingegneria biologica. "Ma quando ho controllato le celle il giorno dopo, non c'è stata alcuna risposta. Questo ci ha portato a teorizzare che le cellule non ascoltano i singoli ligandi, ma piuttosto a combinazioni di ligandi. Sono le combinazioni che sono significative. Diverse combinazioni di ligandi codificano istruzioni diverse per la cellula".

Il gruppo ha anche osservato che diversi tipi di cellule possono estrarre informazioni diverse dalle stesse combinazioni di ligandi eseguendo calcoli diversi:una cellula può aggiungere le concentrazioni di due ligandi per ricevere un messaggio, mentre un altro può misurare il rapporto dei due ligandi per decodificare un altro messaggio. "Siamo rimasti sorpresi nello scoprire che non esiste un solo tipo di informazione codificata in questi ligandi, "dice James Linton, un ricercatore nel laboratorio Elowitz. "Cellule diverse possono estrarre messaggi diversi, come istruzioni per proliferare o differenziare, dalle stesse molecole."

Il gruppo ha scoperto che questa capacità di codificare più messaggi utilizzando le stesse molecole deriva dal fatto che tipi cellulari distinti esprimono diverse combinazioni di recettori sulle loro superfici.

Una caratteristica di questo sistema di comunicazione è la capacità delle cellule di indirizzare messaggi a specifici tipi di cellule. "È un po' come essere in una stanza affollata dove tutti parlano, e qualcuno vuole attirare la tua attenzione così gridano il tuo nome, " dice Elowitz. "Tutti gli altri potrebbero automaticamente ignorarlo, ma fai attenzione; tu sei il bersaglio di quel messaggio."

"Questa selettività nella comunicazione è estremamente utile, " aggiunge Antebi. "Puoi immaginare che, se avessi un osso rotto, vorresti che solo le cellule ossee nell'area danneggiata proliferassero e ricostruissero l'area danneggiata, non tutte le cellule intorno a loro."

I risultati forniscono una base per comprendere come le informazioni vengono distribuite tra le molecole. Mentre la ricerca è in una fase iniziale, una migliore comprensione della comunicazione cellulare potrebbe portare a progetti per farmaci biologici che potrebbero colpire tumori o particolari tipi di cellule senza influenzare altre cellule.

Il documento è intitolato "Percezione del segnale combinatoria nel percorso BMP".